Mobilités futures : l’Europe a-t-elle su prendre le virage de l’innovation ?

Un extrait de « Voiture électrique, voiture à hydrogène », par Christian NGÔ

En France, les transports sont responsables d’environ un tiers des émissions de gaz à effet de serre, essentiellement dues à l’utilisation du pétrole.

Afin de réduire cette consommation de pétrole et de diminuer les émissions de CO₂, l’Europe prévoit d’interdire les véhicules neufs à moteur à combustion interne à partir de 2035, un secteur dans lequel elle excelle. Cette mesure, qui risque de l’affaiblir au profit de la Chine – en avance sur les véhicules électriques – aura dès lors des conséquences pour l’Europe, tant au niveau énergétique, qu’économique ou sociétal.

Par ailleurs, si le développement de véhicules utilisant l’électricité comme source d’énergie est privilégié pour parvenir à cette transition, l’électricité devra être décarbonée, c’est-à-dire produite soit à partir d’énergies renouvelables, soit à partir du nucléaire.

De plus, la fabrication des batteries, piles à combustible et moteurs électriques, nécessite des métaux affichant un prix d’autant plus important que, comme le pétrole, ils sont disponibles en quantité finie sur Terre.

Pour sa part, l’hydrogène est envisagé comme un carburant alternatif, car il n’émet pas de CO₂.

L’électricité pour la voiture

Électricité et hydrogène ne sont que des vecteurs énergétiques. Ils nécessitent dès lors une source d’énergie pour être produits ou synthétisés. Les éventuelles émissions de CO₂ et les pollutions ne proviennent donc plus du carburant, mais de la centrale électrique permettant de produire cette énergie.

Dans le monde, l’électricité est produite majoritairement à partir de charbon, un combustible fortement émetteur de CO₂. À l’inverse, en France, cette production se fait essentiellement sans émission de CO₂, puisqu’elle s’appuie sur le nucléaire, l’hydraulique, le photovoltaïque et les bioénergies. Cependant, pour assurer la stabilité du réseau électrique, la production doit pouvoir s’ajuster à la demande. L’intermittence des énergies renouvelables peut dès lors constituer un frein, nécessitant l’appel aux centrales à gaz ou au charbon. L’énergie nucléaire produit, pour sa part, de l’électricité sans émission de CO₂, mais son coût peut varier en fonction de différents facteurs.

Le stockage de l’électricité est, de plus, le point faible de la filière énergétique, nécessitant un changement de nos usages pour mieux utiliser les énergies intermittentes.

Ce stockage à grande échelle permet d’équilibrer le réseau électrique et de répondre à des demandes importantes d’électricité, notamment lors de recharges inattendues. Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) sont principalement utilisées pour ce stockage. D’autres procédés existent, tels que le novateur procédé SEPT (stockage d’électricité par pompage thermique), qui utilise des pompes à chaleur pour augmenter le rendement de l’installation.

Enfin, on ne saurait, de nos jours, se passer de batteries, que ce soit pour nos appareils nomades ou pour les voitures électriques. Ces batteries doivent pouvoir stocker un maximum d’énergie et disposer d’une puissance suffisante pour la fonction à laquelle elles se destinent. Par ailleurs, leur utilisation doit être sans danger. La durée de vie de ces batteries est, de plus, un élément d’importance, qui varie selon la chimie mise en œuvre, mais également en fonction du nombre de cycles de recharge.

L’hydrogène dans les véhicules

La molécule H₂, indispensable pour alimenter la pile à combustible d’une voiture à hydrogène, est produite à partir de combustibles fossiles ou bien à partir d’eau. Différents procédés – vaporeformage du gaz naturel ou du méthane, électrolyse de l’eau utilisant l’électricité renouvelable ou nucléaire, pyrolyse du méthane – permettent d’obtenir de l’hydrogène, que l’on distingue alors par des couleurs selon les procédés choisis. Enfin, il existe un hydrogène naturel à l’état natif, mais ses quantités et ses modes d’extraction sont encore méconnues.

La meilleure solution pour décarboner la production d’hydrogène est la technique d’électrolyse de l’eau, c’est-à-dire utilisant une électricité d’origine renouvelable ou nucléaire. Ce procédé nécessite des électrolyseurs, majoritairement fabriqués aux États-Unis ou en Chine.

Pour les véhicules, l’hydrogène est stocké sous forme comprimée, nécessitant parfois des réservoirs fabriqués à partir de matériaux composites supportant de fortes pressions. L’hydrogène pourrait également être stocké sous forme liquide, mais ce procédé a peu d’intérêt pour les automobiles. Il pourrait également être stocké dans un liquide ou un solide, mais ce procédé nécessite des échanges thermiques et des catalyseurs, des méthodes qui n’ont pas encore atteint la maturité industrielle nécessaire à la mobilité électrique.

Quel que soit le mode de stockage, la sécurité doit être sans faille lors de l’utilisation de l’hydrogène en mobilité.

Batteries et piles à combustible

La batterie Li-ion domine actuellement le marché de la voiture électrique, mais d’autres procédés commencent à émerger. Parmi les points forts d’une batterie Li-ion, on compte son voltage nominal, le nombre de cycles profonds qu’elle permet, sa température d’emballement, son taux de charge et de décharge. Le prix élevé de la batterie complète est susceptible d’évoluer rapidement selon les progrès en recherche et développement.

Actuellement, des études laissent envisager de nouvelles technologies de batterie pour les véhicules électriques.

Pour les voitures à hydrogène, la pile à combustible permet de fournir l’électricité nécessaire au fonctionnement du moteur. Cette pile permet de réaliser l’inverse de l’électrolyse de l’eau. Si le procédé est simple, sa réalisation est cependant difficile et sa fiabilité n’est pas exemplaire.

Quel véhicule ?

L’hydrogène reste un carburant intéressant à première vue, car il ne produit que de l’eau. Toutefois, il ne faut pas perdre de vue que sa production peut être source de pollutions et d’émissions de CO₂, en fonction de l’énergie choisie.

Au-delà de l’aspect environnemental, indispensable, le choix de l’un ou l’autre des véhicules doit donc se faire en fonction de la source permettant de produire l’énergie, du coût de cette production et de l’usage du véhicule, ainsi que des possibilités de charge existantes. Si des subventions sont parfois allouées pour l’achat d’un véhicule électrique ou à hydrogène, des freins, sociétaux notamment, peuvent ralentir le développement de ces différents modes de mobilité.

L’Europe à la peine

L’Europe a été l’un des pionniers dans le domaine des batteries Li-ion. Elle a ainsi investi dans la construction d’usines géantes de batterie. Cependant, leur développement a fortement ralenti récemment, pour plusieurs raisons. Tout d’abord, la Chine produit la majorité des batteries pour véhicules électriques. Elle contrôle en effet une bonne part des matières premières nécessaires à ces équipements. De plus, les technologies évoluant rapidement, des adaptations sont indispensables. Or, celles-ci ne sont toujours pas envisageables rapidement au niveau de l’Europe qui souffre d’une réglementation environnementale stricte et de contraintes administratives pesantes.

Ensuite, les coûts de l’énergie ainsi que de la main-d’œuvre sont nettement plus élevés en Europe qu’en Asie. Enfin, l’instabilité des politiques publiques et des régulations n’est pas propice au développement du secteur en Europe.

Toutes ces raisons ont conduit à une moindre compétitivité des gigafactories européennes de batteries, comparées à ces concurrentes asiatiques, un frein auquel s’ajoute celui d’un recul des ventes de véhicules électriques en 2024.